Использование: в качестве привода на электрическом транспорте, а также других маломощных устройств, стиральных машин, холодильников и т. д. Сущность изобретения: статор выполнен в виде тороидального соленоида 2, внутри которого расположены два ферромагнитных сердечника 3. По их окружности выполнены чередующиеся секторовидные области с сильно отличающимися значениями индукции. Радиальные проводники 5 ротора соединены последовательно. Две группы проводников, в которых ток течет в противоположных направлениях располагаются в области с сильно отличающимися значениями индукции. Сила, действующая на проводники 5, в областях с большей индукцией значительно больше и при этом возникает крутящий момент. При вращении проводники 5 с противоположным направлением тока в обмотке ротора входят в область статора с большим значением индукции. Чтобы вращение продолжалось, направление тока в обмотке ротора изменяется на противоположное с помощью коллектора. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к униполярным двигателям высокого напряжения. Известны униполярные двигатели (генераторы) Недостатком таких двигателей является то, что они работают при низких напряжениях (4 20 В)постоянного тока, вследствие чего для получения значительной мощности необходим большой ток. В связи с этим эти двигатели почти не используют. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является униполярный двигатель высокого напряжения Особенностью этого двигателя является то, что ротор выполнен в виде диска, его обмотка в виде радиально расположенных, последовательно соединенных проводников, находящихся в секторовидных участках с сильным и слабым магнитным полем, направление тока в которых (от оси ротора или в ней) обеспечивается коллектором, расположенным вблизи оси ротора. Подвод постоянного тока к коллектору обеспечивается контактными щетками, число которых равно числу секторовидных участков с сильным магнитным полем. Главным недостатком этого двигателя-прототипа является сложность обмотки ротора, которая должна быть выполнена подобно тому, как она изготавливается в традиционных многополюсных машинах постоянного тока. В мощных двигателях эта обмотка очень трудоемка и нередко изготавливается вручную вследствие своей сложности. Предлагаемый в вариант изготовления обмотки ротора в виде печатной схемы при сохранении конструктивной сложности упрощает изготовление обмотки, однако, делает двигатель маломощным, что является дополнительным недостатком. Второй дополнительный недостаток двигателя-прототипа сложная конструкция коллектора, обусловленная сложностью обмотки ротора, изготавливаемого подобно коллекторам в традиционных многополюсных машинах постоянного тока. Третьим дополнительным недостатком двигателя-прототипа является сложная конфигурация магнитного сердечника обмотки возбуждения, формирующего секторовидные участки с сильным и слабым магнитным полем. Цель изобретения упрощение конструкции униполярного двигателя высокого напряжения (и устранение перечисленных недостатков) путем упрощения обмотки ротора, конструкции коллектора, конфигурации сердечника обмотки возбуждения и уменьшение числа контактных щеток до двух. Это обеспечивает создание униполярных двигателей высокого напряжения с упрощенной конструкцией, как большой так и малой мощности. Это достигается тем, что униполярный двигатель (генератор) высокого напряжения, содержащий систему возбуждения статора с одинаковыми секторовидными участками сильного и слабого магнитных полей, установленный на валу двигателя дисковый ротор с обмоткой из радиальных проводников, соединенных последовательно, начало и конец обмотки соединены с коллектором и токоподводящими к нему щетками, отличается тем, что обмотка ротора выполнена таким образом, что проводники с противоположным направлением тока расположены соответственно в сильном и слабом магнитных полях системы возбуждения статора, а коллектор выполнен в виде двух групп пластин, расположенных по кругу, причем, число пластин в каждой группе равно удвоенному числу участков с сильным магнитным полем, пластины в каждой группу электрически соединены друг с другом и с одним из концов обмотки ротора, а расстояние между пластинами на 5 10% больше поперечного размера каждой из двух токоподводящих щеток, что необходимо, чтобы избежать короткого замыкания через щетки в момент переключения на коллекторе. Униполярный двигатель (генератор) отличается тем, что система возбуждения статора выполнена в виде тороидальной обмотки и цилиндрических сердечников с секторовидными выступами, установленных с двух сторон ротора выступ к выступу. Сущность изобретения состоит в том, что радиально расположенные и последовательно соединенные проводники, образующие обмотку дискового ротора, находятся в неоднородном магнитном поле в виде секторовидных участков с сильным и слабым магнитными полями. При этом обмотка может быть выполнена из одинаковых секторовидных катушек, токоподвод к коллектору осуществляется с помощью всего двух контактных щеток, а неоднородное магнитное поле создается двумя ферромагнитными сердечниками с секторовидными выступами. Такой двигатель по конструкции проще двигателя-прототипа и по рабочим характеристикам близок к традиционным многополюсным машинам постоянного тока, но значительно проще их по конструкции. На фиг.1 изображена схема предлагаемого двигателя в продольном разрезе; на фиг. 2а принципиальная схема обмотки дискового ротора; на фиг. 2б схема конструкции коллектора; на фиг. 3 конструкция одного из двух ферромагнитных сердечников, создающих неоднородное магнитное поле в виде секторовидных областей с сильным и слабым полем. Предлагаемое устройство (фиг. 1 3) содержит статор 1, тороидальную обмотку 2 возбуждения статора, два ферромагнитных сердечника 3 с секторовидными выступами фиг.3), ротор 4, обмотку 5 ротора, секторовидные области 6 слабого магнитного поля (фиг. 2), секторовидные области 7 7 7 сильного магнитного поля, коллектор 8, пластины 9 коллектора, контактные графитовые щетки 10, ось 11 ротора (вал двигателя). Хорошо известно, что в соответствии с законом Ампера, сила, действующая на проводник с током в магнитном поле предлагаемого двигателя описывается уравнением (система СИ) f IBl, (1) где I сила тока; l длина проводника, магнитная индукция. Действие предлагаемого двигателя (генератора) основано на зависимости от . Конструкция статора двигателя представлена на фиг. 1. Статор имеет общепринятый для униполярных двигателей вид. Это соленоид 2 в виде тороидальной катушки, на оси которой расположена ось двигателя 11. Внутри соленоида расположены два ферромагнитных сердечника 3. Как указано выше, принципиальная особенность конструкции статора состоит в том, что обмотка возбуждения должна создавать неоднородное магнитное поле, состоящее из секторовидных участков, где магнитная индукция имеет большую величину, и подобных же участков, где она в несколько раз меньше. Форма и расположение этих областей показаны на фиг.2а. Области с малым значением заштрихованы. Конструкция ротора приведена на фиг. 1 и 2а. Радиально расположенные проводники с током 5 соединены последовательно, так как показано на фиг. 2а. Две группы проводников, в которых ток течет в противоположных направлениях (к оси ротора или от нее), располагаются в участках с сильно отличающимися значениями индукции . Сила, действующая на проводники, расположенные в участках с большим , окажется значительно больше и возникает крутящий момент. При вращении проводники второй группы с противоположным направлением тока начнут входить в участки с большим значением . Чтобы вращение двигателя продолжалось, необходимо направление тока в обмотке ротора изменить на противоположное, что достигается с помощью простого коллектора 6, устройство которого показано на фиг. 2б. Коллектор состоит из двух групп пластин, расположенных по кругу и соединенных друг с другом. Каждая из групп соединена с концом обмотки 5 ротора. Число пластин коллектора невелико и равно удвоенному числу n участков с высоким значением . Минимальное значение n= 2. Для работы коллектора достаточно двух щеток 12 (фиг. 1). Расстояние между пластинами на 5 -10% больше поперечного размера каждой из двух токопроводящих щеток 10. Расположение участков с большим и малым значением В (фиг. 2а) можно создать несколькими путями. Самый простой вариант можно реализовать при использовании тороидальной обмотки 2 возбуждения (фиг. 1), когда для создания значительного магнитного поля применяют ферромагнитные сердечники. Конструкция таких сердечников показана на фиг.3: по окружности расположены секторовидные выступы 13, 15, 17 и 19 и впадины 14, 16, 18 и 20. Ротор 4 (фиг. 1) находится между двумя сердечниками 3, расположенными выступ к выступу. Благодаря малому зазору между выступами магнитное поле в этих областях имеет высокое значение . Между впадинами значение значительно меньше. В качестве выступов на ферромагнитных сердечниках 3 можно также использовать постоянные магниты с секторовидными полюсами. При этом отпадает необходимость в тороидальной обмотке 2 возбуждения (фиг. 1). Вместо постоянных магнитов можно использовать также секторовидные соленоиды. Как видно из фиг. 2, при одновременном изменении направления тока в обмотке возбуждения (т.е. изменения направления магнитного поля на противоположное) и в роторе двигателя направление крутящего момента не изменится. Поэтому принципиально, предлагаемый двигатель может работать и на переменном токе. Если рабочее напряжение традиционного униполярного двигателя V o , то при той же скорости вращения и индукции магнитного поля напряжение будет V V o nN, (2) где n число областей с высоким значением , т.е. число участков с токами одного направления, N число проводников в одном таком участке. Число проводников в обмотке ротора (фиг. 2а) является минимально необходимым для работы двигателя элементарная обмотка. Это число может быть увеличено во много раз путем многократной укладки элементарных обмоток и их последовательного соединения. В частности, это можно осуществить путем последовательного соединения секторовидных катушек. При этом величина N окажется очень значительной. Так как N может быть значительным, рабочие напряжения двигателя (генератора) будут большими и, в частности, более высокими, чем в двигателе-прототипе В результате удельная мощность двигателя существенно повысится. При вращении ротора внешним двигателем предлагаемое устройство, как и другие двигатели постоянного тока, будет работать как генератор постоянного тока. Для повышения мощности несколько описанных двигателей можно соединить общим валом с таким расчетом, чтобы переключения на коллекторах двигателей происходили в разные моменты времени, что обеспечит более равномерное вращение. Предлагаемый двигатель имеет два основных преимущества по сравнению с ранее известными двигателями постоянного тока. По сравнению со всеми ранее известными униполярными двигателями предлагаемый двигатель может работать при значительно более высоких напряжениях, и при этом двигатель будет иметь больший коэффициент полезного действия вследствие меньших потерь мощности на щетках, вследствие их меньшего количества. Двиатель будет иметь также очень широкий диапазон скоростей вращения. Изменение скорости вращения осуществляется так же, как в традиционных двигателях постоянного тока, а именно изменением величины в области с сильным магнитным полем посредством вариации тока в обмотке 2 возбуждения (фиг. 1). За счет большого значения N двигатель может быть низкооборотным, что дает возможность использовать двигатель без механического редуктора. По сравнению с ранее известными коллекторными двигателями постоянного тока большим достоинством предлагаемого двигателя является простота обмоток возбуждения и ротора. Обмотка возбуждения состоит всего из одной тороидальной катушки. Обмотка ротора может состоять из 4 8 одинаковых секторовидных катушек. Проволока на эти катушки может наматываться на очень простых устройствах (например, на токарном станке), поэтому изготовление наиболее трудоемкой части двигателя постоянного тока (обмотки, которую часто делают вручную) значительно упрощается. Очень важным дополнительным достоинством предлагаемого двигателя является очень простая конструкция коллектора. Предлагаемый двигатель большой мощности может быть использован для привода на электрическом транспорте (трамваях, троллейбусах, электровозах, электромобилях, дизель-электроходах). Двигатель может быть применен для привода разнообразных маломощных устройств: магнитофонов, холодильников, стиральных машин и т. п. Экономический эффект от использования предлагаемого двигателя будет значительным, но количественного его в настоящее время оценить трудно.
Первым двигателем постоянного тока и первой электрической машиной, в которой преобразование энергии осуществлялось в магнитном поле, был униполярный двигатель Фарадея, предложенный им в 1821 г. (рис. 11). В этом двигателе проводник с током 1 вращался вокруг постоянного магнита 2. Контакт вращающейся части электрической цепи с неподвижной осуществлялся ртутью 3, налитой в чашку. Преобразование энергии в простейшем по конструкции двигателе Фарадея и других униполярных машинах строго не описывается математическими уравнениями электрических машин.
Униполярные машины в отличие от других электрических машин не получаются из обобщенной машины путем простых рассуждений, так как в якоре ее протекает постоянный ток и нет преобразователя частоты, который применяется в обычных двигателях постоянного тока или вентильных двигателях.
В униполярных машинах как в обмотке возбуждения, так и в обмотке якоря протекает постоянный ток. Убедительным и, пожалуй, единственным объяснением работы униполярных машин может быть то, что при обходе электрической цепи она состоит из двух или нескольких подвижных и неподвижных частей, имеющих скользящий контакт. Нельзя построить бесконтактную униполярную машину.
Рис. 11. Двигатель Фарадея
В электромеханике получилось так, что развитие электрических машин началось не с первого изобретения - двигателя Фарадея, а с появившейся позже машины Пачинотти-Грамма. Двигатель Фарадея послужил началом истории униполярных машин, но как бы ни развивалась история электромеханики, первую электрическую машину с рабочим магнитным полем предложил Фарадей. На рис.12 представлена схема современной униполярной машины. На стальном роторе 1 в пазах расположены медные стержни 2, которые присоединены к кольцам 3. По кольцам скользят щетки 4, с помощью которых осуществляется контакт и с ротора снимается постоянный ток. Магнитное поле создается обмоткой возбуждения 5. Магнитный поток замыкается по цилиндрическому статору 6 и ротору 1, проходя через два воздушных зазора.
В униполярных машинах нет коллектора и нет механического преобразователя частоты. Они занимают особое место в электромеханике, но, как и во всех электрических машинах, энергия концентрируется в воздушном зазоре и к ним применимы уравнения электромеханического преобразования энергии.
 |
Рис.12.Униполярная машина
В системе координат d, q моделирование уравнений происходит при протекании по обмоткам статора и ротора постоянных токов. Уравнения машин постоянного тока и синхронных машин широко применяются при исследованиях и почти всегда дают правильные ответы на возникающие вопросы. Конструктивным воплощением этой математической модели являются обычные синхронные машины, машины постоянного тока и униполярные машины.
Конструкция униполярной машины, позволяющая наглядно рассмотреть процессы преобразования энергии, представлена на рис. 13. В этой машине ротор 1 выполняется из одной поковки с валом. Статор состоит из двух массивных полусфер 2, в которых помещаются катушки возбуждения 3. Магнитный поток Ф через два воздушных зазора замыкается по ротору и статору. Щетки 4 установлены на валу и внешней поверхности ротора. Ток замыкается по внешней цепи и по диску ротора. Недостатком этой машины являются плохие условия работы щеточного контакта на внешней поверхности ротора.
В униполярных машинах витки с током, роль которых выполняет массивный ротор, пересекают силовые линии магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения. Магнитный поток неподвижен относительно обмотки возбуждения и щеток.
Рис. 13. Униполярная машина с дисковым ротором
Если щетки и обмотка возбуждения будут вращаться относительно ротора, то при частоте вращения ротора () и частоте вращения поля (), равной частоте вращения щеток (), == , эдс будет равна нулю (щетки вращаются в ту же сторону, что и ротор). Можно при неподвижном роторе и вращающихся щетках снять напряжение. При этом момент должен быть приложен к статору. При вращении ротора и статора вместе с обмоткой возбуждения и щетками в противоположные стороны напряжение зависит от относительной частоты вращения. При этом момент должен быть приложен к статору и ротору. Как и обычные электрические машины, униполярные машины с вращающимся статором и ротором двухмерные электрические машины, имеющие при математическом описании процессов преобразования энергии два уравнения движения.
При неподвижной обмотке возбуждения и неподвижном роторе и вращающихся щетках напряжение на щетках и во внешней цепи равно нулю, так как силовые линии поля неподвижны относительно контуров токов ротора.
Обычно униполярные машины строятся на низкие напряжения. Однако можно повысить напряжение, подводимое к униполярному двигателю, соединяя последовательно щетки и кольца. Как и в обычных двигателях постоянного тока, ток якоря создает реакцию якоря. Для компенсации реакции якоря в униполярных машинах применяют компенсационную обмотку, выполняемую на статоре.
Как уже отмечалось, для непрерывной работы униполярной машины необходимо, чтобы было два участка электрической цепи, соединенных между собой контактами. Для этого обмотка в униполярных машинах должна состоять из стержней, а не образовывать витка, замыкающегося в магнитном поле, так как полярность при обходе якоря не изменяется (рис. 14). Индукция В направлена перпендикулярно плоскости витка, скорость движения витка v равномерная.
Нельзя выполнить обмотку с внешней длиной электрической цепи, равной нулю, так как при этом и стержень должен иметь длину, равную нулю (рис. 14, б), но внешней цепи может и не быть, тогда обмотку в виде секций в униполярной машине сделать нельзя (рис.14, а).
За полтора века, прошедших со времени изобретения Фарадеем униполярного двигателя, были созданы сотни оригинальных униполярных машин, но, пожалуй, самой замечательной униполярной машиной является наша планета Земля. Магнитное поле Земли создается постоянными токами, протекающими в расплавленном ядре и радиационных поясах (рис. 15). В самом упрощенном виде магнитное поле Земли показано на рис. 15. Между тончайшей корой 1 на поверхности Земли и ядром 2 находится магма 3. Если представить, что есть относительные перемещения ядра относительно магмы и коры относительно магмы, то за счет ничтожных перемещений коры Земли могут наводиться токи I униполярной индукции (рис.15).
Как и в униполярных машинах, магнитное поле жестко связано с токами, а токи - с ядром Земли. Перемещения коры приведут к появлению токов, замыкающихся в коре и магме. В этой гигантской униполярной машине щетками являются тысячекилометровые слои магмы, практически неподвижные на расстояниях сотен километров. Индукция магнитного поля на поверхности Земли околоТ. Имея длину машины в тысячи километров, при относительных перемещениях в несколько сантиметров в минуту эдс может достигать нескольких вольт, а токи - огромных значений.
Рис. 15. Униполярная машина - планета Земля.
Униполярные токи, по-видимому, замыкаются в приграничном слое между корой и магмой. Но они могут замыкаться и на поверхности Земли, так как магма может иметь выходы на поверхность Земли в нескольких точках мирового океана, отстоящих на тысячи километров друг от друга. Униполярная машина - Земля - может работать в режиме генератора и двигателя. Изучение униполярной индукции в глобальных масштабах имеет важное значение и может оказаться полезным для практических применений.
Униполярная индукция в слабых магнитных полях может проявлять себя при больших скоростях и изменении площади, охватываемой контуром, в котором замыкаются токи. Примером может служить вхождение кометы или метеоритов в магнитное поле Земли. Если хвост кометы электропроводящий, то при быстром изменении ds/dt могут возникнуть значительные изменения потока Ф и эдс.
Униполярные двигатели и генераторы всегда привлекали внимание электромехаников своей сложностью и красотой, и их возможности далеко еще не исчерпаны.
Власов В.Н.
Вариант униполярного магнитного двигателя.
На своём сайте я недавно разместил две интересные статьи примерно на одну тему. Это «Вечный двигатель первого рода», автор Головко Владимир Павлович. И «Роторный униполярный магнитный двигатель », автор Калашников Юрий Яковлевич. И это сделано неспроста.
Оба автора примерно с одинаковых позиций показывают, что довольно простым способом можно сконструировать магнитный двигатель, который способен работать практически вечно, настолько долго, насколько долго будет сохраняться намагниченность магнитов. Оба автора предлагают при необходимости вместо постоянных магнитов использовать электромагниты. В этом случае это уже не будет «выглядеть» как вечный двигатель, но при подборе параметров можно добиться, что энергетические расходы на поддержание необходимого магнитного поля в электромагнитах будут меньше работы, совершаемой двигателем.
Головко В.П. совершенно правильно формулирует техническое задание, но, к сожалению, до конца дело не доводит, согласившись с тем, что магнитов с требуемыми для его двигателя параметрами не существует и предлагает свой способ намагничивания постоянных магнитов. К сожалению, дальше теории дело не пошло. А жаль.
Калашников Ю.Я. предлагает более совершенную конструкцию, которая неплохо показала себя в виде простого макета. Для своего двигателя, у которого магнитные поля роторных магнитов должны быть подобны магнитным полям проводников, по которым протекает электрический ток. На плоскости это концентрические окружности, а объемно это будут концентрические цилиндры. Взаимодействие постоянного магнитного поля статора с цилиндрическим магнитным полем магнитов ротора приводит к тому, что вокруг каждого роторного магнита возникает перепад напряженности магнитного поля с одной точки зрения и перепад эфирного давления с другой. В итоге на каждый роторный магнит действует постоянная сила, направленная именно так, как предлагает в своей статье Головко В.П. Таким образом, Калашников Ю.Я. не только сформулировал техническое задание, но и предложил простое решение.
Мои предложения в некотором смысле можно считать усовершенствованием того, что предложил Калашников Ю.Я. Дело в том, что решение Калашникова Ю.Я. хоть и красивое, но для его реализации необходимо составлять своеобразный бутерброд из двух плоских, длинных и особым образом намагниченных магнитов. Такие магниты технически, наверное, проще собрать из нескольких более коротких магнитов, закрепив их в пазах ротора друг над другом.
Вторым недостатком можно считать то, что когда такие составные магниты будут расположены на роторе близко друг от друга, то в итоге мы рискуем получить вместо множества цилиндрических магнитных полей несколько иную магнитную конфигурацию, в которой магнитные поля составных роторных магнитов, замкнутся так, что силовые линии этого итогового поля будут располагаться перпендикулярно силовым линиям магнитного поля статора. А такое магнитное поле уже не сможет вращать ротор вокруг оси. Значит надо как-то из кругового магнитного поля соорудить полукруговое магнитное поле, сохранив за ротором способность вращаться в итоговом магнитном поле.
Униполярным двигателям и генераторам, как в прошлом, так и в настоящем, уделяется большое внимание. Хотя используются такие моторы и генераторы в специфических условиях. Например, когда надо получить постоянный электрический ток большой величины, но при малом напряжении. Или получить мотор, работающий от мощных аккумуляторов с небольшим напряжением, таких как магнето на автомобилях, тракторах и т.п.
Униполярный электродвигатель - разновидность электрических машин постоянного тока . Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-ой токосъёмник у края диска.
Рис. 1. Простой униполярный двигатель.
Наглядная демонстрация работы униполярного электродвигателя. На головке шурупа находится постоянный магнит, сила которого удерживает шуруп притянутым к полюсу батарейки.
Первый униполярный двигатель, колесо Барлоу, создал Питер Барлоу , описав его в книге «Исследование магнитных притяжений», опубликованной в 1824 году . Колесо Барлоу представляло собой два медных зубчатых колеса, находящихся на одной оси. В результате взаимодействия тока, проходящего через колёса с магнитным полем постоянных магнитов колёса вращаются. Барлоу выяснил, что при перемене контактов или положения магнитных полюсов происходит смена направления вращения колёс на противоположное.
Униполярный генератор - разновидность электрической машины постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-й токосъёмник у края диска.
Рис.2. Диск Фарадея, первый униполярный генератор
С позиций электродинамики принцип действия униполярного генератора простой. Есть смысл его привести. На электроны, находящиеся в диске, действует Сила Лоренца , являющаяся векторным произведением напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником в результате вращения диска. Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем.
В отличие от других электрических машин, такой генератор имеет чрезвычайно низкую ЭДС (от долей до единиц вольт) при низком внутреннем сопротивлении и большом токе; равномерность получаемого тока, отсутствие необходимости коммутировать его коллектором ротора, или выпрямлять полученный другими машинами переменный ток внешними коммутирующими или электронным приборами; большие собственные потери энергии из-за протекающих по диску обратных токов, его бесполезно нагревающих. Эта проблема частично решается в конструкциях двигателей и генераторов с жидким проводящим токосъёмником по всему периметру диска; Сочетание этих свойств обусловило очень узкие сферы применения этого типа генераторов.
Чтобы принцип работы униполярного мотора и генератора был более понятным, воспользуемся рис.3. Данный рисунок составлен из двух рисунков, взятых с одного форума в Интернете.
Рис.3. Объяснение работы униполярного мотора и генератора.
Рис.4. Еще одна схема для ознакомления с принципами работы униполярного двигателя и генератора.
В данных схемах предполагается, что магнит одновременно является как носителем магнитного поля, так и проводником электрического тока. Хотя с таким же успехом функции магнита можно разделить между диском из материала с высокой проводимостью и отдельным магнитом для создания магнитного поля. В этом случае необязательно, чтобы магнитное поле покрывало весь диск, достаточно, чтобы магнитное поле присутствовало пространственно только над тем сектором диска, где будет протекать электрический ток в случае, если мы имеем мотор, или над тем сектором, с которого мы будет этот ток получать в случае, если будем использовать конструкцию в качестве генератора. Это позволяет упрощать конструкцию, обеспечивая над нужными участками вращающего диска магнитное поле нужной напряженности, использую магниты (электромагниты) меньших габаритов при той же напряженности создаваемого магнитного поля.
С другой стороны можно эффективно использовать как всю площадь диска (дисков), так и площадь магнита (магнитов). Почему дисков и магнитов? А потому, что диски и магниты можно насадить на одну общую ось по схеме магнит-диск-магнит-диск-…-магнит-диск-магнит. Такую модификацию униполярного двигателя предложил Тесла, при этом он предложил диски разделить на спиральные сектора, а ток снимать фактически со всей окружности дисков. Многих мучает желание понять, зачем Тесла обратил свое внимание на униполярный двигатель и генератор, ибо это как-то, похоже, не связано с его основным изобретением – трансформатором Тесла. Но это только на первый взгляд.
Рис.5. Трансформатор Николы Тесла с электромагнитным гасителем искры.
На рис.5. показана схема знаменитого трансформатора Николы Тесла. До настоящего времени идут споры о механизмах, которые позволяют создавать ударные эфирные волны и шаровые молнии. В дополнении к тому, что я уже постарался показать в предыдущих статьях о Тесла, хотелось бы отметить, возможно, очень важное. Болотов Б.В., интересный во всех отношения ученый Украины, высказал интересную мысль о возможности использования волн на поверхности водоема, но не от брошенного камня, а от обода, который располагают на поверхности воды, а затем по определенному закону слегка опускается в воду и поднимается из неё, без отрыва обруча от воды. В этом случае при подборе параметров обода, а также частоты принудительных колебаний можно внутри обода создать стоячую волну, которая будет периодически создавать в центре поверхности водного круга всплески, достигающие большой амплитуды. А если повезет, от этой центральной волны периодически будет вверх отрываться определенный объем воды шаровидной или торовидной формы. Наблюдательные люди давно заметили, что нечто похожее возникает на месте падения капли воды на водную поверхность, но этот эффект крайне непродолжительный, так как зона падения капли на поверхность воды не ограничена обручем.
А теперь посмотрите с этих позиций на схему трансформатора Николы Тесла. Первичная обмотка А аналогична колеблещемуся на воде обручу, который формирует во вторичной обмотке С стоячую электромагнитную (эфирную) волну с одной стороны, а с другой стороны не дает этой волне покинуть вторичную обмотку. Форма, частота, напряжение и сила тока в первичной обмотке выбирается такой, чтобы её параметры согласовывались с параметрами (индуктивность, способ намотки, материал, емкость), чтобы затраты энергии на создание стоячей волны были минимальные. Поэтому Тесла и говорил в одном своем интервью, что его трансформатор практически не рассеивает энергию, а использует её на 98-99% для создания энергетических объектов – плазмоидов или, иначе, шаровых молний. Вторичная обмотка выполняла не только роль формирователя стоячей волны, но и своеобразного аккумулятора. И когда энергия, образно говоря, начинала переливаться через край, происходил выброс плазмоида на пике напряжения в центре вторичной обмотки путем отрыва шаровой молнии от эфирного всплеска в центре вторичной обмотки.
Но какая связь между униполярным динамо и трансформатором Тесла? Дело в том, что по виткам первичной обмотки протекал достаточно большой ток, поэтому Тесла делал её из проводника большого диаметрас малым омическим сопротивлением. А там, где в селеноиде протекает большой ток, возникает сильное магнитное поле. И пусть это поле было в виде импульса, но напряженность его было высоким. Этот всплеск магнитного поля в первичной обмотке вызывал мощный импульс тока во вторичной обмотке, который волной распространялся по двум спиралям этой бифилярной обмотки, формирую в итоге стоячую волну напряжения (эфирного давления) над ней.
Как известно вынужденные колебания в колебательной системе, как правило, происходят с частотой вынужденных колебаний или его гармоник. Примем, что импульс тока в первичной обмотке и всплеск магнитного поля внутри её задавался Тесла в форме положительного прямоугольного импульса. Значит и колебания эфира над вторичной обмоткой задавались основной частотой колебаний в первичной обмотке, но вот форма этих стоячих волн определялась уже параметрами вторичной обмотки, а значит, что на одних частотах колебания усиливались, а на других могли заметно ослабевать. Это в итоге вело к тому, что солитонопорождающие колебания эфира над вторичной обмоткой уже не были похожи на прямоугольные импульсы, а определялись в заметной степени самой вторичной обмоткой. Не зря Тесла так тчательно относился к процессу выбора проводника для вторичной катушки и способу намотки. Кроме того изучающие наследие Тесла обратили внимание, что из математических методов он использовал проктически только преобразования Фурье. Тот, кто знает, что это такое понимает, что любой прямоугольный импульс в первичной обмотке ТТ можно промоделировать в виде суммы гармонических колебаний. Так вот, набор этих колебаний во вторичной обмотке будет представлен тем же набором гармоник, но уже с другими коэффициентами, что вызовет изменение формы стоячей волны во вторичной обмотке. И она вместо прямоуголной формы будет похожа на своеобразный пакет гармонических колебаний, амплитуда которых увеличивается от края к центру вторичной обмотки.
Получается, что вторичная обмотка в трансформаторе Тесла работала как оптический лазер, периодически выстреливая шаровые молнии или строго направленные локально ограниченные ударные волны. У лазера тоже ведь есть катушка для энергетической накачки, которая излучает когерентное излучение, энергия которого накапливается в кристалле, например рубине, длину которого подбирают очень строго, чтобы на ней могло уложиться целое число периодов выбранной световой волны, например красного цвета, а затем, когда энергии накапливается в достатке, «болтаясь» в виде стоячей волны вдоль всего кристалла от одного торца к другому, по достижению критического порога энергии стоячей световой волны кристалл выстреливает своеобразный световой солитон (волновой пакет) через один из своих торцов, который специально делают полупрозрачным.
Вот поэтому Тесла назвал свою вторичную бифилярную катушку катушкой для электромагнита. Только не «постоянного», а импульсного, в виде первичной катушки его любимого трансформатора.
Но вернёмся к униполярному динамо или мотору. Как для униполярного мотора, так и для униполярного генератора важно, чтобы вращался электропроводный диск, который должен обладать небольшим внутренним сопротивлением (золото, серебро, медь). Магнит может не вращаться или он может вращаться как вместе с диском, так и сам по себе, но исключительно параллельно вращающемуся диску.
Данное открытие было сделано А. Родиным. Им обнаружено, что реакция на цилиндрическом магните-статоре при вращающемся диске-роторе в униполярном двигателе полностью отсутствует (рис.6). С другой стороны вращение постоянного магнита никак не влияло на вращение диска. Важен лишь факт наличия магнитного поля, его напряженность и направление силовых линий. Проще говоря, наличие струй эфира, «вентилятором» для которых является магнит, у южного полюса он эфир «засасывает», а из северного полюса «выдувает». Так как в области северного полюса магнита создается зона с повышенным эфирным давлением, а возле южного полюса – с пониженным давлением, то «выдуваемый» из северного полюса эфир возвращается к южному полюсу, но уже обтекая магнит снаружи. Так магнитом формируется торовидный эфирный вихрь.
Рис. 6. Схема опытаА.Родина.
В рамках известных представлений явление не имеет корректного объяснения, так как находится в противоречии с законами механики. В действительности к магниту приложены скомпенсированные продольные силы F ║ от вращающегося диска и неподвижного проводника токоподвода, в результате чего суммарный момент на магните равен нулю и он остается в состоянии покоя. Роль статора выполняет неподвижный проводник токоподвода, на который передается реакция от магнита - поперечная сила F ┴ , однако непосредственного действия на вращающийся диск-ротор магнитное поле токоподводящего проводника-статора не оказывает. Таким образом, от токоподводящего проводника-статора вращающийся момент передается на магнит, а от магнита, в свою очередь, вращающийся момент передается на диск-ротор, при этом магнит выполняет роль активного передаточного тела, оставаясь все время неподвижным. Суммарный вращающий момент на магните всегда остается равным нулю.
С позиций эфиродинамики механизм вращения диска в униполярном моторе очень простой. Когда ток проходит в диске, находящемся в постоянном магнитном поле, направление силовых линий которого параллельно оси вращения диска, то данный ток создает вокруг себя круговое магнитное поле, направление вращения которого можно определить по правилу правой руки, которое и взаимодействует с постоянным магнитным полем. В результате с одной стороны от этой токовой «дорожки» магнитное поле усиливается, а с другой ослабляется. Или, если исходить из эффекта Магнуса для эфирных потоков, то с одной стороны токовой «дорожки» эфирное давление падает, а с другой возрастает. Разность эфирный давлений воздействует не на сам ток, а на носитель тока, коим является проводящий диск и проворачивает его вокруг оси на некоторый угол. Но токовая «дорожка» пространственно остается там же, на старом месте, поэтому вместе с ней остаются на месте зоны повышенного и пониженного эфирного давления, которые опять проворачивают токопроводящий диск. И так оборот за оборотом. Вот почему важно, чтобы магнитное поле достаточной напряженности располагалось как раз над (под) токовой «дорожкой». В другом месте магнитное поле бесполезно.
Объяснить работу униполярного генератора также можно с позиций эфиродинамики. При вращении токопроводящего диска электроны, как наиболее подвижные эфирные вихревые образования создают в диске концентрические токи, вокруг которых создается цилиндрическое магнитное поле. Это цилиндрическое магнитное поле взаимодействует с постоянным магнитным полем внешнего магнита, и в зависимости от направления вращения токопроводящего диска электроны будут либо оттесняться к периферии диска, либо собираться в центре диска. Разность концентраций электронов в центре и на периферии диска будут порождать напряжение. Но тут есть одна тонкость, на которую в известных мне материалах никто не обращает внимание.Дело в том, что на электроны будет действовать и центробежная сила, которая равноценна разности давлений эфира и напряжению. Поэтому важно, чтобы диск, направление токовой «дорожки» в пространстве и расположение магнитных полюсов внешнего магнита было таким, чтобы электроны оттеснялись на периферию диска как под действием центробежной силы, так и под действием силы Лоренца (эффекта Магнуса), что позволит обеим силам усиливать эффект друг друга.
В итоге между центром и периферией диска возникает напряжение, а в случае замыкания электродов на нагрузку через неё протекает электрический ток. И как в случае с униполярным мотором достаточно, чтобы магнитное поле было расположено над (под) линией, соединяющие электроды, с которых снимается напряжение. Это позволит использовать мощные, но небольшие по габаритам магниты (электромагниты).
Таким образом, с позиций эфиродинамики легко объясняются особенности работы униполярного двигателя или униполярного генератора. И самое главное, становится понятно, почему вращение магнита при наличии отдельного проводящего диска необязательно. Важно, что все эти эффекты связаны с характером взаимодействия эфирных полей – магнитного поля постоянного магнита и цилиндрических магнитных полей, динамически возникающих или протекающих меду электродами токов во вращающемся диске. В гидродинамике и аэродинамике этот эффект имеет аналога в виде эффекта Магнуса. Например, аналогом униполярного двигателя может служить ветрогенератор с лопастями, выполненных в виде принудительно вращающихся цилиндров. Несколько таких ветрогенераторов установлены в Белоруссии.
Пытаясь упростить решение, предлагаемое Калашниковым Ю.Я., я обратил внимание на давно известный вариант постоянного магнита как подковообразный (рис.7)
Рис.7. Подковообразный магнит.
В таком магните, как он изображен на рисунке, магнитные линии тоже будут слева замыкаться между северным (синий) и южным (красный) магнитными полюсами «по воздуху», но остальные участки магнитных линий (в правой части магнита) будут проходить внутри магнита, и, таким образом, будут защищены от воздействия магнитного поля такого же магнита, когда, например, два или более таких магнитов будут выстроенны в цепочку (рис.8).
Рис.8. Цепочка подковообразных магнитов.
Если подковообразный магнит расположить между полюсами мощного постоянного магнита как это показано на рисунке рис.9. то в результате враимодействия магнитных полей на подковообразный магнит начнет действовать сила, которая будет стремиться переместить подковообразный магнит вправо.
Рис.9. Подковообразный магнит в магнитном поле мощного магнита.
Причины, по которым на подковообразной магнит в магнитном поле мощного постоянного магнита будет действовать сила, объясняются точно так же, как это было сделано в статье Калашникова Ю.Я. В самом деле, магнитные силовые линии от северного полюса подковообразного магнита к южному будут описывать если не окружность, то кривую, похожую на эллипс. Направление этих силовых линий будет совпадать с направлением силовых линий «статорного» мощного магнита. В результате слева от подковообразного магнита будет наблюдаться повышение плотности магнитного поля, тогда как справа от подковообразного магнита плотность магнитного поля будет снижаться. Исходя из эфирных представлений можно считать, что слева от подковоорбразного магнита давление эфира будет выше, чем справа. Все это указывает на то, что на подковообразный магнит будет действать горизонтальная сила
F , как это указано на рис.9.Теперь, думаю, понятно, почему я указал, что данный способ является некоторым усовершенствованием способа, предложенного Калашниковым Ю.Я. Говоря простым языком, я предлагаю замкнуть, например, правые полюса составного магнита по его схеме обычным магнитопроводом, тем самым защитив эти полюса от воздействия соседних составных роторных магнитов.
Остальное уже дело техники. В качестве роторных и статорных магнитов можно будет использовать электромагниты, но для моторов малой мощности в несколько киловатт можно будет использовать магниты. Думаю, что особое внимание придется уделить подковообразному магниту, которому, по идее, можно придать более удобную форму, как в целях упрощения технологии, так и в целях формирования между его полюсами магнитного поля, магнитные линии которого будут максимально приближены к полуокружностям.
Но это еще не все. Если два таких подковообразных магнита соединить противоположными полюсами, то магниты образуют кольцо, в котором магнитное поле обоих магнитов соединится в кольцевое (закольцованное) магнитное поле. Такой магнит перестанет притягивать железные предметы, так как за пределы этого магнита не выйдет ни одна силовая линия. Но это не значит, что такой магнит, а точнее его закольцованное магнитное поле, не будет взаимодействовать с другими магнитными полями. А так как магнитное поле такого магнита будет представлять собой вращающееся в одну сторону эфирное кольцо, то такое поле при взаимодействии с внешним магнитным полем постоянного магнита поведет себя также как и магнитное поле проводника с током, а может даже и лучше. Такой магнит, если его правильно расположить во внешнем магнитном поле будет перемещаться как проводник с током.
Подтверждением этому может служить опыт В.Черникова. На проводник с током в магнитном поле постоянного магнита действует сила Лоренца (рис.10).Однако если проводник закрыть цилиндрическим экраном из магнитомягкого материала, то действие на проводник магнитного поля практически исчезает, но зато сила оказывается приложенной теперь к обесточенному экрану.
Рис.10. Схема опыта В.Черникова.
Явление объяснимо только при учете взаимодействия токов проводника и индуцированных эквивалентных токов экрана с полями векторного потенциала во внутренней полости экрана. Этот опыт прекрасно объясняестя с эфиродинамических принципов. В цилиндре под действием магнитного поля проводника с током возникает цилиндрическое закольцованное магнитное поле, цилиндр с таким магнитным полем будет взаимодействовать с учетом эффекта Магнуса так же как и проводник с током. При выбранных на рисунке параметрах цилиндр будет выталкиваться из магнитного поля
N - S . В итоге получаем схему униполярного мотора (рис.11).
Рис.11. Схема униполярного мотора Власова В.Н.
Но раз из двух подковообразных магнитов можно получить «закольцованный магнит» или магнит с закольцованным магнитным полем, то, скорее всего, такие магниты с закольцованным магнитным полем внутри можно сразу готовить из кольцевой заготовки, которые используются, например, для изготовления аксиальных или радиальных магнитов.
Тут главное принцип работы и способ создания кругового, закольцованного магнитного поля. Теперь остается подумать как наиболее рационально реализовать этот принцип на практике. И тут могут быть варианты. В первом же случае, который приходит на ум, вдоль ротора располагаем трубки из таких магнитов, эти трубки из магнитов не будут мешать таким же соседним трубкам, так как их магнитное поле надежно спрятано. Чтобы магниты не разрушались, их можно «насаживать» на цилиндр как на шампур из непроводящего электрический ток материала. Что-то похожее на такую конструкцию (рис.12). Единственно, что надо обеспечить, чтобы длина статора над трубками из кольцевых магнитов на роторе была чуток больше длины трубкок. Иначе часть магнитов будет вращаться без толку.
Рис. 12. Униполярная машина.
В случае использования в качестве таких цилиндров, на которые будут «нанизываться» кольцевые магниты, алюминиевых или медных цилиндров (проводников) будет одновременно создаваться на концах цилиндров ЭДС, которую вроде бы можно будет задаром снимать и направлять в нагрузку. Но анализ порождаемого при этом магнитного поля по правилу правой руки показывает, что магнитное поле порождаемого тока будет закручиваться по часовой стрелке, тогда как магнитное поле в закольцованном магните закручено против часовой стрелки. В итоге у нас не будет ни двигателя, ни генератора. Но ничто не мешает посадить униполярный двигатель и униполярный генератор на одну ось, продумав их конструкции, чтобы иметь источник электрической энергии.
Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение
Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к электротехнике, в частности к униполярным двигателям высокого напряжения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известны униполярные двигатели (генераторы)
Недостатком таких двигателей является то, что они работают при низких напряжениях (4 20 В)постоянного тока, вследствие чего для получения значительной мощности необходим большой ток. В связи с этим эти двигатели почти не используют.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является униполярный двигатель высокого напряжения Особенностью этого двигателя является то, что ротор выполнен в виде диска, его обмотка в виде радиально расположенных, последовательно соединенных проводников, находящихся в секторовидных участках с сильным и слабым магнитным полем, направление тока в которых (от оси ротора или в ней) обеспечивается коллектором, расположенным вблизи оси ротора. Подвод постоянного тока к коллектору обеспечивается контактными щетками, число которых равно числу секторовидных участков с сильным магнитным полем.
Главным недостатком этого двигателя-прототипа является сложность обмотки ротора, которая должна быть выполнена подобно тому, как она изготавливается в традиционных многополюсных машинах постоянного тока. В мощных двигателях эта обмотка очень трудоемка и нередко изготавливается вручную вследствие своей сложности.
Предлагаемый в вариант изготовления обмотки ротора в виде печатной схемы при сохранении конструктивной сложности упрощает изготовление обмотки, однако, делает двигатель маломощным, что является дополнительным недостатком.
Второй дополнительный недостаток двигателя-прототипа сложная конструкция коллектора, обусловленная сложностью обмотки ротора, изготавливаемого подобно коллекторам в традиционных многополюсных машинах постоянного тока.
Третьим дополнительным недостатком двигателя-прототипа является сложная конфигурация магнитного сердечника обмотки возбуждения, формирующего секторовидные участки с сильным и слабым магнитным полем.
Цель изобретения упрощение конструкции униполярного двигателя высокого напряжения (и устранение перечисленных недостатков) путем упрощения обмотки ротора, конструкции коллектора, конфигурации сердечника обмотки возбуждения и уменьшение числа контактных щеток до двух. Это обеспечивает создание униполярных двигателей высокого напряжения с упрощенной конструкцией, как большой так и малой мощности.
Это достигается тем, что униполярный двигатель (генератор) высокого напряжения, содержащий систему возбуждения статора с одинаковыми секторовидными участками сильного и слабого магнитных полей, установленный на валу двигателя дисковый ротор с обмоткой из радиальных проводников, соединенных последовательно, начало и конец обмотки соединены с коллектором и токоподводящими к нему щетками, отличается тем, что обмотка ротора выполнена таким образом, что проводники с противоположным направлением тока расположены соответственно в сильном и слабом магнитных полях системы возбуждения статора, а коллектор выполнен в виде двух групп пластин, расположенных по кругу, причем, число пластин в каждой группе равно удвоенному числу участков с сильным магнитным полем, пластины в каждой группу электрически соединены друг с другом и с одним из концов обмотки ротора, а расстояние между пластинами на 5 10% больше поперечного размера каждой из двух токоподводящих щеток, что необходимо, чтобы избежать короткого замыкания через щетки в момент переключения на коллекторе.
Униполярный двигатель (генератор) отличается тем, что система возбуждения статора выполнена в виде тороидальной обмотки и цилиндрических сердечников с секторовидными выступами, установленных с двух сторон ротора выступ к выступу.
Сущность изобретения состоит в том, что радиально расположенные и последовательно соединенные проводники, образующие обмотку дискового ротора, находятся в неоднородном магнитном поле в виде секторовидных участков с сильным и слабым магнитными полями. При этом обмотка может быть выполнена из одинаковых секторовидных катушек, токоподвод к коллектору осуществляется с помощью всего двух контактных щеток, а неоднородное магнитное поле создается двумя ферромагнитными сердечниками с секторовидными выступами.
Такой двигатель по конструкции проще двигателя-прототипа и по рабочим характеристикам близок к традиционным многополюсным машинам постоянного тока, но значительно проще их по конструкции.
На фиг.1 изображена схема предлагаемого двигателя в продольном разрезе; на фиг. 2а принципиальная схема обмотки дискового ротора; на фиг. 2б схема конструкции коллектора; на фиг. 3 конструкция одного из двух ферромагнитных сердечников, создающих неоднородное магнитное поле в виде секторовидных областей с сильным и слабым полем.
Предлагаемое устройство (фиг. 1 3) содержит статор 1, тороидальную обмотку 2 возбуждения статора, два ферромагнитных сердечника 3 с секторовидными выступами фиг.3), ротор 4, обмотку 5 ротора, секторовидные области 6 слабого магнитного поля (фиг. 2), секторовидные области 7 7 7 сильного магнитного поля, коллектор 8, пластины 9 коллектора, контактные графитовые щетки 10, ось 11 ротора (вал двигателя).
Хорошо известно, что в соответствии с законом Ампера, сила, действующая на проводник с током в магнитном поле предлагаемого двигателя описывается уравнением (система СИ)
f IBl, (1) где I сила тока; l длина проводника, магнитная индукция.
Действие предлагаемого двигателя (генератора) основано на зависимости от .
Конструкция статора двигателя представлена на фиг. 1. Статор имеет общепринятый для униполярных двигателей вид. Это соленоид 2 в виде тороидальной катушки, на оси которой расположена ось двигателя 11. Внутри соленоида расположены два ферромагнитных сердечника 3. Как указано выше, принципиальная особенность конструкции статора состоит в том, что обмотка возбуждения должна создавать неоднородное магнитное поле, состоящее из секторовидных участков, где магнитная индукция имеет большую величину, и подобных же участков, где она в несколько раз меньше. Форма и расположение этих областей показаны на фиг.2а. Области с малым значением заштрихованы.
Для повышения мощности несколько описанных двигателей можно соединить общим валом с таким расчетом, чтобы переключения на коллекторах двигателей происходили в разные моменты времени, что обеспечит более равномерное вращение.
Предлагаемый двигатель имеет два основных преимущества по сравнению с ранее известными двигателями постоянного тока.
По сравнению со всеми ранее известными униполярными двигателями предлагаемый двигатель может работать при значительно более высоких напряжениях, и при этом двигатель будет иметь больший коэффициент полезного действия вследствие меньших потерь мощности на щетках, вследствие их меньшего количества. Двиатель будет иметь также очень широкий диапазон скоростей вращения. Изменение скорости вращения осуществляется так же, как в традиционных двигателях постоянного тока, а именно изменением величины в области с сильным магнитным полем посредством вариации тока в обмотке 2 возбуждения (фиг. 1). За счет большого значения N двигатель может быть низкооборотным, что дает возможность использовать двигатель без механического редуктора.
По сравнению с ранее известными коллекторными двигателями постоянного тока большим достоинством предлагаемого двигателя является простота обмоток возбуждения и ротора. Обмотка возбуждения состоит всего из одной тороидальной катушки. Обмотка ротора может состоять из 4 8 одинаковых секторовидных катушек. Проволока на эти катушки может наматываться на очень простых устройствах (например, на токарном станке), поэтому изготовление наиболее трудоемкой части двигателя постоянного тока (обмотки, которую часто делают вручную) значительно упрощается.
Очень важным дополнительным достоинством предлагаемого двигателя является очень простая конструкция коллектора.
Предлагаемый двигатель большой мощности может быть использован для привода на электрическом транспорте (трамваях, троллейбусах, электровозах, электромобилях, дизель-электроходах). Двигатель может быть применен для привода разнообразных маломощных устройств: магнитофонов, холодильников, стиральных машин и т. п.
Экономический эффект от использования предлагаемого двигателя будет значительным, но количественного его в настоящее время оценить трудно.
Формула изобретения
1. Униполярный двигатель (генератор) высокого напряжения, содержащий систему возбуждения статора с одинаковыми секторовидными участками сильного и слабого магнитных полей, установленный на валу дисковый ротор с обмоткой из радиальных проводников, соединенных последовательно, начало и конец обмотки соединены с коллектором и токоподводящими к нему щетками, отличающийся тем, что обмотка выполнена таким образом, что проводники с противоположным направлением тока расположены соответственно в сильном и слабом магнитных полях системы возбуждения статора, а коллектор выполнен в виде двух групп пластин, расположенных по кругу, причем число пластин в каждой группе равно удвоенному числу участков с сильным магнитным полем, пластины в каждой группе электрически соединены друг с другом и с одним из концов обмотки ротора, а расстояние между пластинами на 5 10% больше поперечного размера каждой из двух токоподводящих щеток.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что система возбуждения статора выполнена в виде тороидальной обмотки и цилиндрических ферромагнитных сердечников с секторовидными выступами, установленных с двух сторон ротора выступ к выступу.
Имя изобретателя:
Имя патентообладателя:
Цивинский Станислав Викторович
Дата начала отсчета действия патента:
1993.11.23
Магнитные двигатели (двигатели на постоянных магнитах) являются наиболее вероятной моделью «вечного двигателя». Еще в давние времена была высказана эта идея, но так никто его не создал. Многие устройства дают ученым возможность приблизиться к изобретению такого двигателя. Конструкции подобных устройств еще не доведены до практического результата. С этими устройствами связано много различных мифов.
Магнитные двигатели не расходуют энергию, являются агрегатом необычного типа. Силой, двигающей мотор, является свойство магнитных элементов. Электродвигатели также применяют магнитные свойства ферромагнетиков, но магниты приводятся в движение электрическим током. А это является противоречием основному принципиальному действию вечного двигателя. В двигателе на магнитах используется магнитное влияние на объекты. Под действием этих объектов начинается движение. Небольшими моделями таких двигателей стали аксессуары в офисах. На них двигаются постоянно шарики, плоскости. Но там для работы применены батарейки.
Ученый Тесла занимался серьезно проблемой образования магнитного двигателя. Его модель была выполнена из катушки, турбины, проводов для соединения объектов. В обмотку закладывался маленький магнит, захватывающий два витка катушки. Турбине давали небольшой толчок, раскручивали ее. Она начинала движение с большой скоростью. Такое движение называлось вечным. Двигатель Тесла на магнитах стал идеальной моделью вечного двигателя. Его недостатком стала необходимость начального задания скорости турбине.
По закону сохранения электропривод не может содержать более 100% КПД, энергия частично тратится на трение в двигателе. Такой вопрос должен решать магнитный двигатель, у которого постоянные магниты (роторный тип, линейный, униполярный). В нем осуществление механического движения элементов идет от взаимодействия магнитных сил.
Принцип работы
Многие инновационные магнитные двигатели применяют работу трансформации тока во вращение ротора, являющееся механическим движением. Вместе с ротором вращается вал привода. Это дает возможность утверждать, что всякий расчет не даст результата КПД равного 100%. Агрегат не получается автономным, он имеет зависимость. Такой же процесс можно увидеть в генераторе. В нем крутящий момент, который образуется от энергии движения, создает выработку электроэнергии на пластинах коллектора.
1 — Линия раздела магнитных силовых линий, замыкающихся через отверстие и внешнюю кромку кольцевого магнита
2 — Катящийся ротор (Шарик от подшипника)
3 — Немагнитное основание (Статор)
4 — Кольцевой постоянный магнит от громкоговорителя (Динамика)
5 — Плоские постоянные магниты (Защелки)
6 — Немагнитный корпус
Магнитные двигатели применяют другой подход. Необходимость в дополнительных источниках питания сводится к минимуму. Принцип работы легко объяснить «беличьим колесом». Для производства демонстративной модели не нужны специальные чертежи или прочностной расчет. Нужно взять постоянный магнит, чтобы его полюса находились на обеих плоскостях. Магнит будет главной конструкцией. К ней добавляется два барьера в виде колец (внешний и внутренний) из немагнитных материалов. Между кольцами располагают стальной шарик. В магнитном двигателе он станет ротором. Силами магнита шарик притянется к диску противоположным полюсом. Этот полюс не будет менять свое положение при движении.
Статор включает в себя пластину, изготовленную из экранируемого материала. На нее по траектории кольца закрепляют постоянные магниты. Полюса магнитов находятся перпендикулярно в виде диска и ротора. В итоге, при приближении статора к ротору на некоторое расстояние, появляется отталкивание и притяжение в магнитах поочередно. Оно создает момент, переходит во вращательное движение шарика по траектории кольца. Запуск и торможение осуществляется движением статора с магнитами. Такой метод магнитного двигателя действует, пока магнитные свойства магнитов будут сохраняться. Расчет делается относительно статора, шариков, управляющей цепи.
На таком же принципе работают действующие магнитные двигатели. Самыми известными стали магнитные двигатели на тяге магнитов Тесла, Лазарева, Перендева, Джонсона, Минато. Так же известны двигатели на постоянных магнитах: цилиндровые, роторные, линейные, униполярные и т.д. У каждого двигателя своя технология изготовления, основанная на магнитных полях, образующихся вокруг магнитов. Вечных двигателей не бывает, так как постоянные магниты утрачивают свои свойства через несколько сотен лет.
Магнитный двигатель Тесла
Ученый исследователь Тесла стал одним из первых, кто изучал вопросы вечного двигателя. В науке его изобретение называется униполярным генератором. Сначала расчет такого устройства сделал Фарадей. Его образец не произвел стабильности работы и должного эффекта, не достиг необходимой цели, хотя принцип действия был сходным. Название «униполярный» дает понять, что по схеме модели проводник находится в цепи полюсов магнита.
По схеме, обнаруженной в патенте, видна конструкция из 2-х валов. На них помещены 2 пары магнитов. Они образуют отрицательное и положительное поля. Между магнитами находятся униполярные диски с бортами, которые применяются как образующие проводники. Два диска друг с другом имеют связь тонкой лентой из металла. Лента может использоваться для вращения диска.
Двигатель Минато
Этот тип двигателя также использует магнетическую энергию для самостоятельного движения и самовозбуждения. Образец двигателя разработан японским изобретателем Минато более 30 лет назад. Двигатель обладает высокой эффективностью, характеризуется бесшумной работой. Минато утверждал, что магнитный самовращающийся двигатель такого исполнения выдает КПД более 300%.
Ротор изготовлен в форме колеса или дискового элемента. На нем находятся магниты, расположенные под определенным углом. Во время приближения статора с мощным магнитом создается момент вращения, диск Минато вращается, применяет отторжение и сближение полюсов. Скорость вращения и крутящий момент мотора зависит от расстояния между ротором и статором. Напряжение мотора подается по цепи реле прерывателя.
Для предохранения от биения и импульсных движений при вращении диска применяют стабилизаторы, оптимизируют расход энергии управляющего электрического магнита. Негативной стороной можно назвать то, что нет данных по свойствам нагрузки, тяге, которые применяются реле управления. Также периодически необходимо производить намагничивание. Об этом Минато в своих расчетах не упоминал.
Двигатель Лазарева
Русский разработчик Лазарев сконструировал действующую простую модель двигателя, применяющего магнитную тягу. Роторный кольцар включает в себя резервуар с пористой перегородкой на две части. Эти половины между собой сообщаются трубкой. По этой трубке поступает поток жидкости из нижней камеры в верхнюю. Поры создают перетекание вниз за счет гравитации.
При расположении колеса с расположенными на лопастях магнитами под напором жидкости возникает постоянное магнитное поле, двигатель вращается. Схема двигателя Лазарева роторного типа применяется при разработке простых устройств с самовращением.
Двигатель Джонсона
Джонсон в своем изобретении применял энергию, которая генерируется потоком электронов. Эти электроны находятся в магнитах, образуют цепь питания двигателя. Статор двигателя соединяет в себе множество магнитов. Они располагаются в виде дорожки. Движение магнитов и их расположение зависит от конструкции агрегата Джонсона. Компоновка может быть роторной или линейной.
1 — Магниты якоря
2 — Форма якоря
3 — Полюса магнитов статора
4 — Кольцевая канавка
5 — Статор
6 — Резьбовое отверстие
7 — Вал
8 — Кольцевая втулка
9 — Основание
Магниты прикрепляются к особой пластине, обладающей большой магнитной проницаемостью. Одинаковые полюса магнитов статора поворачиваются в сторону ротора. Этот поворот создает отторжение и притяжение полюсов по очереди. Совместно с ними смещаются элементы ротора и статора между собой.
Джонсон организовал расчет воздушного промежутка между ротором и статором. Он дает возможность коррекции усилия и магнитной совокупности взаимодействия в направлении увеличения или снижения.
Магнитный двигатель Перендева
Двигатель самовращающейся модели Перендева так же является примером применения работы магнитных сил. Создатель этого мотора Брэди оформил патент и создал фирму еще до начала уголовного дела на него, организовал работу на поточной основе.
При анализе принципа работы, схемы, чертежей в патенте можно понять, что статор и ротор выполнены в форме внешнего кольца и диска. На них по траектории кольца располагают магниты. При этом соблюдают угол, определенный по центральной оси. Из-за взаимного действия поля магнитов образуется момент вращения, осуществляется их перемещение друг относительно друга. Цепь магнитов рассчитывается путем выяснения угла расхождения.
Синхронные магнитные двигатели
Главным видом электрических двигателей является синхронный вид. У него обороты вращения ротора и статора одинаковые. У простого электромагнитного двигателя эти две части имеют в составе обмотки на пластинах. Если изменить конструкцию якоря, вместо обмотки установить постоянные магниты, то получится оригинальная эффективная рабочая модель двигателя синхронного типа.
1 — Стержневая обмотка
2 — Секции сердечника ротора
3 — Опора подшипника
4 — Магниты
5 — Стальная пластина
6 — Ступица ротора
7 — Сердечник статора
Статор сделан по привычной конструкции магнитопровода из катушек и пластин. В них образуется магнитное поле вращения от электрического тока. Ротор образует постоянное поле, взаимодействующее с предыдущим, и образует момент вращения.
Нельзя забывать о том, что относительное нахождение якоря и статора имею возможность изменяться в зависимости от схемы двигателя. Например, якорь может быть сделан в форме наружной оболочки. Для запуска двигателя от сети питания применяется схема из магнитного пускателя и реле тепловой защиты.